通信防雷與接地理論

通信防雷與接地理論第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容接地的必要性；接地系統(tǒng)的組成；接地系統(tǒng)常用的材料；接地系統(tǒng)的作用；接地系統(tǒng)的分類；接地電阻；接地體及其施工方法。第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地的必要性接地系統(tǒng)是通信電源系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅直接影響通信的質(zhì)量和電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還起到保護(hù)人身安全和設(shè)備安全的作用。在通信局站中，接地技術(shù)牽涉到各個專業(yè)的通信設(shè)備、電源設(shè)備和房屋建筑等方面。我們主要研究通信和電力設(shè)備接地技術(shù)問題，至于房屋建筑避雷防護(hù)等接地要求，則應(yīng)遵照相關(guān)專業(yè)的規(guī)定。在通信局站中，通信和電源設(shè)備由于以下原因需要接地：第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地的必要性設(shè)備的工作接地為射頻電流提供均勻和穩(wěn)定的導(dǎo)體，穩(wěn)定電路的對地電位，為瞬態(tài)功率噪聲提供天然的排泄途徑。設(shè)備的保護(hù)接地保護(hù)接地是為防止絕緣損壞造成設(shè)備帶電危及人身安全，消除機(jī)殼上的靜電和高頻電位。防雷接地為雷電流提供排泄入地的通路，保護(hù)設(shè)備和人身避免因雷電放電造成的危害。GSM站點(diǎn)及設(shè)備位置較高，更需要防雷保護(hù)。第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地的必要性交流三相四線制中性點(diǎn)接地在交流電力系統(tǒng)中，將三相四線制的中性點(diǎn)接地，并采用接零保護(hù)，以便在發(fā)生接地故障時迅速將設(shè)備切斷。也可以降低人體可能觸及的最高接觸電壓，降低電氣設(shè)備和輸電線路對地的絕緣水平。第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的組成地接地系統(tǒng)中所指的地，即一般的土地，不過它有導(dǎo)電的特性，并具有無限大的容電量，可以用來作為良好的參考電位。接地體（EarthingBody）埋入地下并直接與大地接觸的導(dǎo)體（包括：垂直接地體、水平接地體、泄流板）。環(huán)形接地裝置(Earthingring)

圍繞移動通信基站機(jī)房四周，按規(guī)定深度埋設(shè)于地下的封閉環(huán)形接地體(含水平接地體和垂直接地體)。地網(wǎng)(Earthingnet)

由水平接地體或由水平接地體和垂直接地體聯(lián)合、按照一定要求組合的、周邊封閉的網(wǎng)格狀接地體。第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的組成接地引入線把接地電極連接到地線盤（或地線匯流排）上去的導(dǎo)線。在室外與土地接觸的接地電極之間的連接導(dǎo)線則形成接地電極的一部分，不作為接地引入線。地線排(或地線匯流排)

專供接地引入線匯集連接的小型配電板或母線匯接排。接地配線把必須接地的各個部分連接到地線盤或地線匯流排上去的導(dǎo)線。由以上接地體、接地引入線、地線排或接地匯接排、接地配線組成的總體稱為接地系統(tǒng)。電氣設(shè)備或金屬部件對一個接地連接稱為接地。

第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)常用的材料

接地體（EarthingBody）水平接地體（EarthingHorizontalBar）：

40×4mm鍍鋅扁鋼，或25×3mm銅條，長度由需要定。垂直接地體(EarthingVerticalRod)：

50×50×5mm鍍鋅角鋼，長度一般為：2000—2500mm?；颚?0×3.5mm鍍鋅鋼管，長度一般為：

2000—2500mm。鐵塔用的泄流板(EarthingPlate)：

1200×600×10mm鍍鋅鋼板或600×600×6mm銅板第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)常用的材料接地引入線（EarthingLeadin）

40×4mm鍍鋅扁鋼（我國用），長度由需要定?；?5mm2的銅導(dǎo)線（西方用），長度由需要定。接地排（EarthingBar）一般采用截面不小于120mm2的銅排（常用、首選），或一段具有相同截面的鍍鋅扁鋼設(shè)備地線（EquipmentEarthingCable）保護(hù)接地線采用35—95mm2多股銅導(dǎo)線，推薦使用50mm2多股銅導(dǎo)線。第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的作用通信局站蓄電池正極或負(fù)極接地的作用電話局蓄電池組－48或－24V系正極接地，其原因是減少由于繼電器或電纜金屬外皮絕緣不良時產(chǎn)生的電蝕作用，因而使繼電器和電纜金屬外皮受到損壞。因?yàn)樵陔娢g時，金屬離子在化學(xué)反應(yīng)下是由正極向負(fù)極移動的。繼電器線圈和鐵芯之間的絕緣不良，就有小電流i流過，電池組負(fù)極接地時，線圈的導(dǎo)線有可能蝕斷。反之，如電池組正極接地，雖然鐵芯也會受到電蝕，但線圈的導(dǎo)線不會腐蝕，鐵芯的質(zhì)量較大，不會招致可察覺的后果。正極接地也可以使外線電纜的芯線在絕緣不良時免受腐蝕。

保護(hù)人身和設(shè)備安全第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的作用觸電對人體的危險性根據(jù)研究認(rèn)為，流經(jīng)人體的電流，當(dāng)交流在15到20mA以下或直流在50mA以下時，對人身不發(fā)生危險，因?yàn)檫@對大多數(shù)人來說，是可以不需別人幫助而自行擺脫帶電體的。但是即使是這樣大小的電流，如長時間地流經(jīng)人體，依然是會有生命危險的。根據(jù)環(huán)境條件的不同，我國規(guī)定的安全電壓值為：在沒有高度危險的建筑物中為65V；在高度危險的建筑物中為36V；在特別危險的建筑物中為12V。

第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的作用根據(jù)多次的試驗(yàn)證明：100mA左右的電流流經(jīng)人體時，毫無疑問是要使人致命的。容許通過心臟的電流與流經(jīng)電流時間的平方根成正比，其關(guān)系為：式中T為秒。

第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的作用保護(hù)接地的作用以上談到觸電的危險性，為了避免觸電事故，需要采取各種安全措施，而其中最簡單有效和可靠的措施是采用接地保護(hù)。就是將電氣設(shè)備在正常情況下不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接。在討論保護(hù)接地時，先對接觸電壓和跨步電壓的概念，加以說明。接觸電壓在接地電流回路上，一人同時觸及的兩點(diǎn)間所呈現(xiàn)的電位差，稱為接觸電壓。接觸電壓在愈接近接地體處時其值則愈小，距離接地體或碰地處愈遠(yuǎn)時則愈大。在距接地體處或碰地處約20m以外的地方，接觸電壓最大，可達(dá)電氣設(shè)備的對地電壓。

第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的作用跨步電壓當(dāng)電氣設(shè)備碰殼或交流電一相碰地時，則有電流向接地體或著地點(diǎn)四周流散出去，而在地面上呈現(xiàn)出不同的電位分布，當(dāng)人的兩腳站在這種帶有不同電位的地面上時，兩腳間呈現(xiàn)的電位差叫跨步電壓。

保護(hù)接地的作用如下：如未設(shè)保護(hù)接地時，人體觸及絕緣損壞的電機(jī)外殼時，由于線路與大地間存在電容，或線路上某處絕緣不好，如果人體觸及此絕緣損壞的電氣設(shè)備外殼，則電流就經(jīng)人體而成通路，這樣就會遭受觸電的危害。有接地措施的電氣設(shè)備。當(dāng)絕緣損壞外殼帶電時，接地短路電流將同時沿著接地體和人體兩路通路流過。流過每一條通路的電流值將與其電阻的大小成反比。即第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的作用式中 I'd──沿接地體流過的電流；

IR──流經(jīng)人體的電流；

rR──人體的電阻；

rd──接地體的接地電阻。從上式中可以看出，接地體電阻愈小，流經(jīng)人體的電流也就愈小。通常人體的電阻比接地體電阻大數(shù)百倍，所以流經(jīng)人體的電流也就比流經(jīng)接地體的電流小數(shù)百倍。當(dāng)接地電阻極為微小時，流經(jīng)人體的電流幾乎等于零，也就是IR≈0。因而，人體就能避免觸電的危險。第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的作用接零的作用在通信局站中，220/380V交流電源，采用中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)，電力設(shè)備的外殼一般均采用接零的方法，即TN系統(tǒng)中接零型式。在三相TN系統(tǒng)中，只所以采用接零的方法，是因?yàn)殡妷涸?000V以上中性點(diǎn)接地良好系統(tǒng)中，無論電氣設(shè)備采取保護(hù)接地與否，均不能防止人體遭受觸電的危險，以及短路電流達(dá)不到保證保護(hù)設(shè)備可靠地動作，即短路電流達(dá)不到自動開關(guān)整定電流的1.5倍或熔斷器額定電流的4倍，故采用接零保護(hù)。常用交流供電系統(tǒng)分為TN-C系統(tǒng)（三相四線制）和TN－S（三相五線制）系統(tǒng)等。第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的作用重復(fù)接地的作用在TN系統(tǒng)中要求電源系統(tǒng)有直接接地點(diǎn)，我國強(qiáng)調(diào)重復(fù)接地，以防止因保護(hù)線斷線而造成的危害，增設(shè)重復(fù)接地是有作用的。水電部《電力設(shè)備接地設(shè)計技術(shù)規(guī)程（SDJ8－79）》第22條規(guī)定：在中性點(diǎn)直接接地的低壓電力網(wǎng)中，零線應(yīng)在電源處接地?！娎|和架空線在引入車間或大型建筑物處零線應(yīng)重復(fù)接地（但距接地點(diǎn)不超過50m者除外），或在室內(nèi)將零線與配電屏、控制屏的接地裝置相連。第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的分類直流接地系統(tǒng)按照性質(zhì)和用途的不同，直流接地系統(tǒng)可分為工作接地和保護(hù)接地兩種，工作接地用于通信設(shè)備和直流通信電源設(shè)備的正常工作，而保護(hù)接地則用于保護(hù)人身和設(shè)備的安全。下列部分接到直流接地系統(tǒng)上：蓄電池組的正極或負(fù)極（不接地系統(tǒng)除外）；通信設(shè)備的機(jī)架；總配線架的鐵架；通信電纜的金屬隔離層；通信線路的保安器；程控交換機(jī)室防靜電地面。

第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的分類交流接地系統(tǒng)交流接地系統(tǒng)用于由市電和油機(jī)發(fā)電設(shè)備供電的設(shè)備，也可以分為工作接地和保護(hù)接地兩種。在接地的交流電力系統(tǒng)中，如380/220V三相TN制供電系統(tǒng)，其中性點(diǎn)必須接地組成接零系統(tǒng)，作為工作接地，同時具有保護(hù)人身安全作用。

第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的分類下列部分接到交流接地系統(tǒng)上：1、380/220V三相TN制電力網(wǎng)的中性點(diǎn)：2、變壓器、電機(jī)、整流器、電器和攜帶式用電器具等的底座和外殼；3、互感器的二次繞組；4、配電屏與控制屏的框架；5、室內(nèi)外配電裝置的金屬構(gòu)架和鋼筋混凝土框架以及靠近帶電部分的金屬圍欄和金屬門。6、交直流電力電纜和控制電纜的接線盒、終端盒和外殼和電纜的金屬護(hù)套、穿線的鋼管等。7、微波天線塔的鐵架。

在中性點(diǎn)直接接地的低壓電力網(wǎng)中，重復(fù)接地也是交流接地系統(tǒng)的一部分。

第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的分類測量接地系統(tǒng)在較大型的通信局站工程中，為了測量直流地線的接地電阻，設(shè)置固定的接地體和接地引入線，單獨(dú)作為測試儀表的輔助接地用。

防雷接地系統(tǒng)為了防止建筑物或通信設(shè)施受到直擊雷、雷電感應(yīng)和沿管線傳入的高電位等引起的破壞性后果，而采取把雷電流安全泄掉的接地系統(tǒng)，有關(guān)建筑物和通信線路等設(shè)施的防雷接地，應(yīng)遵照相關(guān)專業(yè)的規(guī)定設(shè)計。

第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的分類聯(lián)合接地在通信系統(tǒng)工程設(shè)計中，通信設(shè)備受到雷擊的機(jī)會較多，需要在受到雷擊時使各種設(shè)備的外殼和管路形成一個等電位面，而且在設(shè)備結(jié)構(gòu)上都把直流工作接地和天線防雷接地相連，無法分開，故而局站機(jī)房的工作接地、保護(hù)接地和防雷接地合并設(shè)在一個接地系統(tǒng)上，形成一個合設(shè)的接地系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖1接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地系統(tǒng)的分類在按分設(shè)的原則設(shè)計的接地系統(tǒng)中，往往存在下列問題：有些微波機(jī)，直流接地、交流保護(hù)接地和防雷接地不能分開；交流電源設(shè)備外殼的交流保護(hù)接地線和直流接地由于走線架、鉛包電纜等連接，也難于分開；由于隨機(jī)的和無法控制的連接，并由于大電流的耦合，各種接地極常常是不可能確保分開的。因?yàn)榕c不同的接地極相連接的各部分之間有可能產(chǎn)生電位差，故有著火和危害人的生命的危險。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地電阻

概念接地裝置的接地電阻是指電氣設(shè)備接地部分的對地電壓與接地電流之比。接地系統(tǒng)的電阻接地系統(tǒng)的電阻是以下幾部分電阻的總和：（1）土壤電阻；（2）土壤電阻和接地體之間的接觸電阻；（3）接地體本身的電阻；（4）接地引入地線、地線盤或接地匯流排、接地匯集線和接地線的電阻。影響接地電阻的主要因素是土壤電阻。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地電阻土壤電阻率土壤的電阻率是衡量土壤電阻大小的物理量，是表示土壤導(dǎo)電狀況的一個重要參數(shù)。表示符號為ρ，單位為Ω·m或Ω·cm。土壤的電阻率主要與以下因素有關(guān)。不同的土質(zhì)的土壤電阻率土壤的類型對電阻起重要的作用，不同的土質(zhì)，土壤電阻率不同。含水量對土壤電阻率的影響影響土壤電阻率最主要因素是土壤含水量。含水量增加，土壤的電阻率急劇下降，當(dāng)土壤含水量達(dá)到一定程度（20%～25%以上）時，電阻率呈飽和狀態(tài)，將保持穩(wěn)定。第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地電阻溫度對土壤電阻率的影響土壤電阻率隨著溫度的下降而升高。在攝氏零度以下時，土壤中的水分開始結(jié)冰，電阻率隨著溫度下降急劇上升。季節(jié)對土壤電阻率的影響一般冬季土壤電阻率最大，夏季最小?；瘜W(xué)成份對土壤電阻率的影響當(dāng)土壤中含有鹽、酸、堿成分時，電阻率會顯著下降。物理性質(zhì)對土壤電阻率的影響土壤中的物理因素可使電流密度分布的情況改變，尤以含有金屬成份的影響最大。此外，土壤本身的顆粒越緊密，電阻率就越低。第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地電阻人工降低接地電阻的方法采用人工降低接地電阻的辦法即增大地網(wǎng)面積、置換土壤、埋深電極、使用降阻劑、地網(wǎng)外引到附近土壤電阻率較低的地帶等方法來改善接地條件。換土法層疊法化學(xué)降阻劑法化學(xué)降阻劑的種類很多，可以分為兩大類：高分子樹脂類和無機(jī)化合物類。第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期二接地體及其施工方法單根接地棒組成只有一根垂直接地體(或叫接地棒)的系統(tǒng)。施工方法挖一個90cm深的坑，將一根50×50×5×2500mm的鍍鋅角鋼（一端削尖），打入坑底土層，上端預(yù)留20cm，焊接接地引入線40×